3. Взрывная ударная волна
Ударная взрывная волна – эта область сжатого воздуха, стремительно распространяющаяся во все стороны от эпицентра взрыва с огромной скоростью и характеризующаяся избыточным давлением во фронте ударной волны (величиной, на которую это давление превышает атмосферное). На взрывную волну расходуется до 50 % энергии ядерного взрыва.
Воздушная ударная волна — это область резкого и сильного сжатия среды, которая распространяется в виде сферического слоя во все стороны со сверхзвуковой скоростью. Ударная волна возникает в результате взрыва, мощность которого оценивается тротиловым эквивалентом в килограммах, тоннах, килотоннах, мегатоннах или, когда речь идет о жидкостях, газовоздушных смесях, весом в тоннах [2, с 125].
Рисунок 1 - Параметры ударной волны
При воздушной ударной волне передняя граница сжатого воздуха характеризуется резким увеличением давления и образует фронт ударной волны DРф. Кроме того, ударная волна характеризуется давлением скоростного напора Рск, временем действия максимального избыточного давления t+ — фаза сжатия и временем действия пониженного давления t– — фаза разрежения. DРф и Рск измеряются в кг . с/см2 или паскалях (1 кгс/см2 » 100 кПа).
Под действием ударной волны происходит разрушение зданий, сооружений, транспортных магистралей. Незащищенные люди получают закрытые и открытые повреждения, так как в силу небольших размеров тела человека ударная волна мгновенно охватывает человека и подвергает его сильному сжатию в течение нескольких секунд. Мгновенное повышение давления воспринимается живым организмом как резкий удар. Причиной открытых повреждений являются чаще всего вторичные факторы действия ударной волны – летящие обломки зданий, сооружений и т. д. Кроме того, скоростной напор при этом создает значительное лобовое давление, которое может привести к перемещению тела в пространстве. Продолжительность действия ударной волны составляет около 15 с [4, с 98].
Ударная воздушная волна распространяется со скоростью, которая превосходит скорость звука тем больше, чем значительнее избыточное давление на ее фронте. Расчеты, основанные на гидродинамической теории, дают формулу для определения ее скорости v:
Здесь с – скорость звука в воздухе, м/с. Она зависит от температуры воздуха T, K.
При распространении ударной волны от заряда к тому или иному месту скорость фронта волны непрерывно уменьшается и постепенно приближается к скорости звука [5, с 106].
Воздушная ударная волна, встречая преграду, отражается от нее. Давление при отражении ударной волны примерно удваивается. Теоретический расчет позволяет получить формулу для избытка давления ΔPотр в отраженной ударной волне:
Время действия положительного избыточного давления представляет собой важную практическую характеристику ударной волны, потому что именно это давление вызывает основные разрушения. На основе опытов и расчетов для взрыва тротила эта зависимость имеет вид:
Ударная волна движется за счет энергии, полученной от взрывных газов, и постепенно теряет ее. Это происходит потому, что энергия расходуется на нагревание воздуха, через который она проходит, а объем воздуха, захватываемого волной, все время растет и в результате уменьшается количество энергии в единице объема.